数据通信与计算机网络教案.doc

上课时间上课节次3课型多媒体教学课题第一章计算机网络基础知识教学目的通过本章的学习，让学生认识“计算机网络的基本概念”，它能为我们提供什么样的服务，让学生明白学习计算机网络的方向，增强学习计算机网络的兴趣，引导学生用正确的方法学习计算机网络技术教学方法以课堂讲授为主，对本章难点进行讨论重点与难点本章重点有：1、计算机网络的定义；2、计算机网络的组成与功能；3、计算机网络的分类本章难点有：1、计算机网络的通信子网和资源子网的主要功能；2、计算机网络的各种拓扑结构的应用与特点；3、网络的各传输媒体该如何正确使用课外作业与要求思考题 ： 1、什么是计算机网络，它主要涉及哪些方面？ 2、试述计算机网络的主要功能和应用 3、计算机网络可从哪几个方面进行分类？ 4、什么是资源子网？什么是通信子网？ 5、常 见的局域网拓扑结构有哪几种？简述它们的主要特点。 6、计算机网络的硬件组成包括哪几部分？7、网络协议的主要要素包括什么？8、简述OSI参考模型中各层的主要功能。第1章 计算机网络概论本章学习目标*理解计算机网络的基本概念*了解计算机网络的基本功能*理解LAN、MAN和WAN的组成和功能*掌握常见的网络拓朴结构及特点*理解OSI参考模型的基本结构*理解TCP/IP模型的基本组成主要学习内容 ：1.1 计算机网络的发展过程1.2 计算机网络的组成1.3 计算机网络的功能1.4 计算机网络的分类1.5 计算机网络的拓朴结构1.6 计算机网络的标准及相关标准化组织1.1 计算机网络的发展过程计算机网络是计算机技术和通信技术的产物。网络的雏形：多终端的大型机。以共享资源为目的的计算机网络 ：基于个人计算机的局域网 ：标准化网络 ：基于OSI/RM七层参考模型的网络Internet简介因特网的演进： 19691983 研究试验阶段 19831994 因特网在教育科研领域广泛使用的实用阶段 1994现在 商业化发展阶段重要历史事件 ：计算机网络定义 ：计算机网络是自主计算机的互联集合。互联可以通过电缆（电话线、网线或光纤等）来实现，也可以采用无线连接，使用无线电信号、激光或红外技术、或者卫星传输。总之，两台计算机如果能互相交换信息即称为互联。自主计算机其实就是指具有独立功能的计算机。如果一台计算机脱离了网络或其它计算机就不能工作，则不是自主的。1.2 计算机网络的组成 计算机网络的硬件组成 ：通信子网和资源子网 ：在整个计算机网络中总会有一部分是用来对信息进行传递的，对于网络中的这部分我们称之为通信子网。网络的另一个重要作用就是提供各种服务。在网络中由资源子网来完成这些功能。 1.3 计算机网络的功能 核心问题是资源共享。其目的是让网络上的用户无论资源的物理位置在哪里，都能使用网络中的程序、设备，尤其是数据。这样可以使用户解脱“地理位置的束缚”，同时带来经济上的好处。第二个功能是依靠可替代的资源来提高可靠性。网络的另一个目的是可扩充性，即当工作负荷加大时，只要增加更多的处理器，就能逐步改善系统的性能。建立网络的另一个目的与技术没有太大的关系。计算机网络可以为分布在各地雇员提供强大的通信手段。 1.4 计算机网络的分类分类标准：LAN MAN WAN的距离标准 ：1.5 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 ：是指计算机网络的硬件系统的连接形式即网络的硬件 布局，通常用不同的拓扑来描述对物理设备进行布线的不同方案。 最常用的网络拓扑有：总线型、环型、星形、网状、混合型。 1.6 计算机网络体系结构简介1.6.1 协议和体系结构的概念协议原为外交辞令，据说是为了在国与国之间进行顺利交流而规定的约束事项(规则)。例：我们平时进行交流时都要遵循一定的规则:*在法庭，双方必须按照一定的次序轮流发言；*开车时，转弯必须打出信号来通知周围的车辆；*驾驶飞机时，飞行员遵照一种制定得非常详细的标准来和其他飞机通信，以维护空中的交通；计算机网络中，协议的定义是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议有三个要素，即：（1）语法（Syntax）：数据与控制信息的格式、数据编码等。（2）语义（Semantics）：控制信息的内容，需要做出的动作及响应。（3）时序（Timing）：事件先后顺序和速度匹配。 1.6.2 ISO/OSI参考模型分层的好处：使网络变得更简单将网络部件标准化有利于模块化设计保证不同类型部件的互操作性加快了技术发展的速度简化了教育和学习OSI参考模型：ISO/OSI参考模型分层的原则：网络中各结点都具相同的层次；不同结点的相同层具有相同的功能；同一结点内各相邻层之间通过接口通信；每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。PDU协议数据单元：1.6.3 TCP/IP参考模型TCP/IP与OSI/RM对照比较图1.7 计算机网络协议相关的标准化组织ISO(International Organization for Standard ) 成立于1947年,是世界上最大的国际标准化专门机构，是联合国甲级咨询机构。 它的成员是89个成员国的国家标准化组织。 美国在ISO中的代表是ANSI，大家所熟悉的ASCII和C语言的工业界标准，就是由ANSI所制定的。 ISO在网络领域的最突出贡献就是提出OSI参考模型，该模型是网络发展史上的一个重要里程碑。IETF（Internet Engineering Task Force） 是一个国际性团体。它主要的工作是制定关于因特网的各种标准。其成员包括网络设计者、制造商、研究人员以及所有对因特网的正常运转和持续发展感兴趣的个人或组织。因为因特网覆盖范围大，连接的成员很多，所以很多组织都希望通过加入IETF使技术向有利于自己的方向发展。 IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers） 电气和电子工程师协会IEEE是世界上最大的专业技术团体，由计算机和工程学专业人士组成。它创办了许多刊物，定期举行研讨会，还有一个专门负责制定标准的下属机构。IEEE在计算机网络界的最大贡献就是制定了802标准系列，802标准将局域网的各种技术进行了标准化。本章小结：在这一章主要讲解了以下主要内容：计算机网络的产生、发展； 计算机网络定义、基本功能； 计算机网络的组成、网络的常用分类； 网络常见拓扑结构的特点； 常用传输介质的特点与使用。 作业思考题： 1、什么是计算机网络，它主要涉及哪些方面？ 2、试述计算机网络的主要功能和应用 3、计算机网络可从哪几个方面进行分类？ 4、什么是资源子网？什么是通信子网？ 5、常 见的局域网拓扑结构有哪几种？简述它们的主要特点。 6、计算机网络的硬件组成包括哪几部分？7、网络协议的主要要素包括什么？8、简述OSI参考模型中各层的主要功能。上课时间上课节次4课型多媒体教学课题第二章 数据通信基础教学目的 通过本章的学习，让学生了解计算机网络中数据通信原理，明白计算机网络分层的思想，理解OSI模型各层在数据通信过程中所起的作用。从而为后面学习计算机网络实用技能打下良好的理论基础。教学方法以课堂讲授为主，对本章难点进行讨论重点与难点本章重点有:1、数据的编码技术；2、数据通信的同步技术3、多路复用技术；4、数据交换技术；5、OSI模型本章难点有：1、各种数据编码原则；2、多路复用技术的应用；3、各种数据交换技术的特点与应用4、OSI模型中各层主要功能课外作业与要求思考题 ： 1.解释消息、数据、信号三者之间的区别。数据类型分为几种？信号类型有几种？2.什么是模拟数据?什么是数字数据?它们之间的区别3.何为频带传输？数字信号采用频带传输，有哪几种传输方式？4.数据通信同步方式有几种？各自的优缺点是什么？5.OSI/RM模型分为几层？各有什么作用？6.调制的方法有几种?有什么区别?7.数字数据的数字信号编码有几种方式?具体如何实现?8.什么是单工、半双工、全双工？9.多路复用有几种方式？10.什么是数据交换？有几种交换方法？第2章 数据通信基础本章学习目标*掌握信息、数据和信号的概念*掌握模拟和数字的概念*掌握数据传输的几种形式*了解数据通信系统的构成及其各部件的作用*掌握传输信号的几种编码形式及特点*掌握多路复用技术的分类及各自的特点和用途*理解检测传输位出错的几种差错控制码主要学习内容：2.1 数据通信系统组成2.2 数据通信的基本概念2.3 数据编码技术2.4 数据通信的基本方式2.5 多路复用技术2.6 数据交换方式2.7 差错检验和控制2.1 数据通信系统组成2.1.1 数据与信息信息：是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。数据：是把事件的某些属性规范化后的表现形式。信号：是数据的具体的物理表现。例子 ：信息：人对雪花和马的认识数据：文字，二进制数，十进制数信号：电压，光，磁场强度2.1.2 信号与信号传输两种不同类型的量：A.时间、温度、电波、声音信号中没有断开或不连续的的地方；B.字符，二进制数，电脉冲信号仅取一些有限数目的值；模拟与数字的特点模拟： 波动性； 持续变化； 反映事物的本质； 在电信业已经被广泛； 使用超过100年；数字： 离散性； 跃变性； 设备性能先进； 较为便宜；（a）模拟信号 （b）数字信号数据传输：2.1.3 基本概念和术语数据传输速率: bps (bit per second),用C表示信号传输速率:波特（Baud),用B表示 两者关系:C=Blog2n n是调制电平数带宽（Bandwidth ）(HZ)数据速率奈奎斯特公式:最大数据传输速率 C=2Hlog2L(bps) 香农公式:最大数据传输速率 C=Hlog2（1S/N）(bps)2.2 数据通信系统的构成数据通信系统模型 2.3 数据编码技术2.3.1 数字数据用数字信号表示 不归零编码NRZ (Non-Return-Zero) 曼彻斯特编码(Manchester Encoding) 差（微)分曼彻斯特编码(Differential Manchester Encoding） 2.3.2 数字数据用模拟信号表示载波信号：Asin(2nft+)AM:幅移键控(Amplitude Shift Keying-ASK）FM:频移键控(Frequency Shift Keying-FSK）PM:相移键控(Phase Shift Keying-PSK)2.3.3 模拟数据用数字信号表示 1、脉冲编码调制（PCM）2、增量调制（DM）2.4 数据通信的基本方式2.4.1 数据通信的操作方式 2.4.2 同步和异步传输同步通信格式：异步通信格式 ：2.5 多路复用技术:用一条高速线路传送多条低速线路的数据。分类：频分多路复用（FDM-Frequency Division Multiplexing） 时分多路复用（TDM-Time Division Multiplexing） 波分多路复用（WDM-Wavelength Division Multiplexing） 频分多路复用（FDM-Frequency Division Multiplexing）特点:信号被划分成若干通道(频道,波段),每个通道独立进行数据传递应用:无线电广播,电视时分多路复用TDM-Time Division Multiplexing）特点：多条低速线路轮流使用同一条高速线路进行数据传递。 应用：电话主干线路。波分多路复用（WDM-Wavelength Division Multiplexing）应用：光缆线路。2.6 数据交换方式2.6.1 电路交换特点:1.有通话的建立过程；2.通话建立以后源与目的间有一条专用的通路存在。2.6.2 报文交换特点:1.无呼叫建立和专用通路；2.存储-转发式的发送技术。2.6.3 分组交换特点:1.无呼叫建立和专用通路2.存储-转发式的发送技术3.将数据分成有大小限制的分组后发送三种交换技术对比:从线路利用率A存在呼叫建立，专有线路上不传送数据时浪费资源B没有呼叫建立，只有发送数据时才占用线路C除了B的特点外，在接收分组时可以发送下一个分组从传输速率A固定的传输速率、会有呼叫阻塞B,C能进行速率转换、虽会降速但不会阻塞可以使用优先级从传输延时性A实时性强B,C存在时延和额外开销2.7 差错检验和控制2.7.1 差错类型随机差错突发差错2.7.2 差错检测码奇偶校验码循环冗余校验码水平奇偶校验例子：循环冗余码(CRC)前提:发送方和接受方必须事先商定一个二进制数G(x) (生成多项式)。发送端:计算校验和,将校验和加在数据末尾,使这个带校验和的数据能被G(x)除尽。接收端:收到带校验和的数据后,用G(x)去除它,如果有余数,则传输出错。实现:用简单的硬件(移位寄存器电路)即可。循环冗余码(CRC)例子： 数据=1101011011 G(X)(生成多项式)=10011 传输码元=数据（移位后) +余数11010110111110本章小结：在这一章主要讲解了以下主要内容：信息、数据和信号的概念；模拟和数字的概念；数据传输的几种形式；数据通信系统的构成及其各部件的作用；传输信号的几种编码形式及特点；多路复用技术的分类及各自的特点和用途；解检测传输位出错的几种差错控制码。作业思考题 ： 1.解释消息、数据、信号三者之间的区别。数据类型分为几种？信号类型有几种？2.什么是模拟数据?什么是数字数据?它们之间的区别3.何为频带传输？数字信号采用频带传输，有哪几种传输方式？4.数据通信同步方式有几种？各自的优缺点是什么？5.OSI/RM模型分为几层？各有什么作用？6.调制的方法有几种?有什么区别?7.数字数据的数字信号编码有几种方式?具体如何实现?8.什么是单工、半双工、全双工？9.多路复用有几种方式？10.什么是数据交换？有几种交换方法？ 上课时间上课节次4课型多媒体教学课题第三章 物理层教学目的通过本章学习,让学生掌握物理层的概念以及物理层的主要功能和各种接口规范。教学方法以课堂讲授为主，对本章难点进行讨论重点与难点本章重点有:1、物理层的功能；2、常用的传输介质3、无线传输4、ISDN及ATM简介。本章难点有：1、常用的传输介质2、无线传输课外作业与要求思考题 ： 1、物理层的功能是什么？2、物理层接口有什么特性？3、为什么双绞线是目前应用最广泛的传输媒体？4、什么是ISDN?5、什么是ATM?6、计算机网络常用的传输介质有哪些？ 7、UTP 是什么传输介质？ STP 是什么？ 8、同轴电缆分为几类？有什么特点？ 9、光缆分几类，各有何特点？ 10、在选择传输介质时需考虑的主要因素是什么？第3章 物理层本章学习目标*掌握物理层的基本概念及四个特征*熟练掌握各种传输媒体的特性与应用技术*理解无线网络的工作原理及特点*了解ISDN与ATM传输基本技术与特点*掌握物理层标准的意义与功能主要学习内容 ：3.1 物理层基本功能3.2 常用的传输介质3.3 无线传输3.4 ISDN及ATM简介3.5 物理层协议举例 3.1 物理层基本概念 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。 电气特性 指明在接口电缆的线路上出现的电压、电流等范围。 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义，通信过程中完成何种功能。 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。是功能事件时序的描述。3.2 物理层中的传输媒体3.2.1 分类有线：同轴电缆、双绞线、光纤。 无线：卫星、无线、红外通信、激光通信、微波。 双绞线同轴电缆光缆 3.3 无线网络电磁波谱 无线局域网 PC-PC无线局域网 PC-LAN微波通信卫星通信低轨道卫星通信 3.4 ISDN与ATM ISDN-综合业务数字网（Integrated Services Digital Network）ISDN的特性：1、数字连接2、综合业务3、标准入网接口ATM-异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode）主要特点：固定信元、简化数据链路层功能、高效灵活的复用技术、能支持不同速率的各种业务、面向连接。3.5 物理层协议举例RS-232接口RS-232接口机械特性RS-232接口功能特性RS-232接口信号功能与连接图本章小结：在这一章主要讲解了以下主要内容：物理层的基本概念及四个特征；各种传输媒体的特性与应用技术；无线网络的工作原理及特点；ISDN与ATM传输基本技术与特点；物理层标准的意义与功能。作业思考题1、物理层的功能是什么？2、物理层接口有什么特性？3、为什么双绞线是目前应用最广泛的传输媒体？4、什么是ISDN?5、什么是ATM?6、计算机网络常用的传输介质有哪些？ 7、UTP 是什么传输介质？ STP 是什么？ 8、同轴电缆分为几类？有什么特点？ 9、光缆分几类，各有何特点？ 10、在选择传输介质时需考虑的主要因素是什么？上课时间上课节次4课型多媒体教学课题第四章 数据链路层教学目的通过本章的学习，让学生掌握数据链路层的各种协议，包括滑动窗口协议等，掌握面向比特的链路控制规程，掌握点对点协议。教学方法以课堂讲授为主，对本章难点进行讨论重点与难点本章重点有:1. 链路、数据链路的概念，数据链路层的功能2. 停止等待协议的工作原理与过程3. 数据链路层是如何进行差错控制的4. 数据链路层流量控制的意义与方法5. 面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类6. PPP链路协议的工作过程 本章难点有：1. 停止等待协议的工作原理与过程2. 数据链路层是如何进行差错控制的3. 数据链路层流量控制的意义与方法4. 面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类课外作业与要求思考题 ： 1、数据链路层的主要功能是什么？2、建树滑动窗口协议的工作原理3、建树HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输？4、PPP协议是如何工作的？5、简述HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输？6、HDLC帧分为哪几类？各有什么作用？7、简述HDLC帧发送序号和接收序号的作用。第4章 数据链路层本章学习目标*链路、数据链路的概念，数据链路层的功能*停止等待协议的工作原理与过程*数据链路层是如何进行差错控制的*数据链路层流量控制的意义与方法*面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类*PPP链路协议的工作过程 主要学习内容4.1 数据链路层功能4.2 停止等待协议4.3 连续ARQ协议4.4 流量控制4.5 面向比特的链路控制规程HDLC4.6 Internet的链路层协议4.1 数据链路层功能 1、链路管理：当网络中的两个结点进行通信时，发送方必须确知接收方是否已处在准备接收状态。2、帧同步：数据链路层，数据传送的单位是帧。 3、流量控制：协调发送方与接收方的工作。 4、差错控制：接收方可通过校验帧的差错编码，判断接收到的帧是否有差错。 5、透明传输：所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应能够在链路上传送。 6、寻址：在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的目的站。4.2 停止等待协议两个结点数据链路层间的通信模型：理想链路的通信。实际链路的通信：采用停止等待协议保证数据通信双方的协调工作。停止等待协议的工作原理：4.3 连续ARQ协议工作原理：连续ARQ协议，即采用连续自动请求重传方案。发送方可以连续发送一系列信息帧，即不用等待前一帧被确认便可发送下一帧。这就需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间，用以存放若干待确认的信息帧。当发送方收到对某信息帧的确认帧后便可从帧缓存中将该信息帧删除，并继续发送数据帧。所以，连续ARQ协议使得信道利用率大大提高。 4.4 流量控制4.4.1 XON/XOFF方案XON/XOFF主要应用于面向字符通信中，使用一对控制字符来实现流量控制。其中XON采用ASCII字符集中的控制字符DC1，XOFF采用ASCII字符集中的控制字符DC3。在一次数据传输过程中，XOFF、XON的周期可重复多次。但这些操作对用户来说是透明的。许多异步数据通信软件包均支持XON/XOFF协议。 4.4.2 窗口机制连续ARQ协议发送方是不能无限制地发送数据帧的，主要因为：（1）由于发送的数据帧都未被确认，需要在发送方缓存中保留副本，以备重传。计算机的硬件资源是有限的，缓存容量不能无限制增加。（2）发送数据帧过多，一旦有一帧出现错误，可能有很多帧需要重传，造成很大的浪费，增加了很多不必要的开销。（3）为了对连续发送的大量数据帧进行编号，每帧的发送序号也要占用较多的比特，又增加了一定的开销。因此需要对此协议中连续发送的未被确认的帧数做一定的限制，这就是滑动窗口协议。 4.5 面向比特的链路控制规程HDLC 4.5.1 HDLC概述数据链路层协议标准，可分为两类，面向字符的与面向比特的链路控制协议。典型的面向字符的链路控制协议为IBM公司的BSC规程；面向比特的链路控制协议为HDLC协议。HDLC可适用于链路的两种基本配置，即非平衡配置与平衡配置。非平衡配置有两种数据传送方式：正常响应方式NRM和异步响应方式ARM。平衡配置则只有异步平衡方式ABM。 4.5.2 HDLC的帧结构HDLC定义了三种类型的帧，即信息帧、监控帧与无编号帧。 4.6 Internet的链路层协议用户接入Internet的一般方法有两种。一种是用户通过电话线，拨号接入Internet，另一种是使用专线接入。不管使用哪一种方法，在传送数据时都需要有数据链路层协议。全世界范围内使用最多的协议为：点对点协议PPP（Point-to-Point Protocol）而早期Internet使用的是非常简单的面向字符的协议SLIP（Serial Line Internet Protocol），但SLIP缺点很多。 PPP的帧格式与HDLC帧格式很相似：其中：标志字段为7E（01111110），地址字段为FF（11111111），控制字段为03（00000110）。这三各字段是固定不变的，所有PPP帧都应以07EFF03开始。协议字段占两个字节，当协议字段为0021时，PPP帧的信息就是IP数据报。若为C021，则信息字段是PPP链路控制数据。而8021表示这是网络控制数据。帧校验序列FCS与HDLC的相同。由于PPP不是面向比特的，因此帧的长度应为整数个字节。PPP的工作过程：PPP的工作过程状态图本章小结：在这一章主要讲解了以下主要内容：链路、数据链路的概念，数据链路层的功能；停止等待协议的工作原理与过程；数据链路层是如何进行差错控制的；数据链路层流量控制的意义与方法；面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类；PPP链路协议的工作过程。 作业思考题 ： 1、数据链路层的主要功能是什么？2、建树滑动窗口协议的工作原理3、建树HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输？4、PPP协议是如何工作的？5、简述HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输？6、HDLC帧分为哪几类？各有什么作用？7、简述HDLC帧发送序号和接收序号的作用。上课时间上课节次5课型多媒体教学课题第五章 网络层教学目的通过本章学习,让学生掌握一门实用网络通信协议-TCP/IP协议知识:包括TCP/IP协议集中各层主要子协议的作用;让学生能够熟练的对网络主机IP地址的分配和子网划分;以及学会使用TCP/IP常用网络工具来管理和维护网络。教学方法以课堂讲授为主，对本章难点进行讨论重点与难点本章重点有:1、TCP/IP各层之间关系；2、IP协议的功能；3、ARP、RARP、TCP、UDP功能；4、应用层各子协议功能。本章难点有：1、IP地址及子网划分的相关知识；2、常用TCP/IP网络工具的使用。课外作业与要求思考题 ： 1.网络协议的三个要素是什么？2.什么是TCP/IP?TCP/IP的作用是什么？3.TCP/IP分为几层？各层的作用是什么？4.简述IP地址的分类。5.什么是子网掩码？子网掩码的作用是什么？6.概述UDP协议的特点。7. TELNET协议的工作原理是什么？8.说明POP、SMTP协议的区别。9.Ping 的作用什么？10.概述Traceroute、Netstat、ipconfig命令作用。第5章 网络层本章学习目标 了解广域网提供的两种类型的服务 了解路由选择机制，路由选择算法及拥塞控制原理 掌握IP地址的分类，IP地址与MAC地址的转换与ARP协议 掌握IP地址的申请、分配管理与子网划分，子网掩码的运用 了解IP数据报的格式与工作原理、ICMP的作用 了解IPv6的机理和工作模式 主要学习内容5.1 网络层所涉及的有关问题5.2 路由选择机制5.3 拥塞控制5.4 INTERNET 网际协议IP5.5 下一代网际协议IPv65.1 网络层所涉及的有关问题 5.1.1 广域网的概念 网络层是广域网涉及的概念。一般来说，物理层、数据链路层与网络层大部分可以由硬件来实现，而高层基本上是通过软件来实现的。假设应用进程A要与应用进程B交换数据。进程A与进程B分别处于计算机A与计算机B的本地系统环境中，即处于OSI环境之外。 它们进行通信的过程如下图所示： OSI模型的七层结构5.1.2 网络层提供的服务网络层向上所提供的服务可以有两大类：（1）无连接的网络服务数据报服务；（2）面向连接的网络服务虚电路服务。数据报服务（Datagram）：特点是:主机只要想发送数据就随时可发送，每个分组独立地选择路由。虚电路服务（Virtual circuit）：通信前主机要先发起一个虚呼叫（Virtual Call），即发送一个特定格式的呼叫分组到目的主机，要求进行通信，同时寻找一条合适的路由。数据报和虚电路比较5.2 路由选择机制5.2.1 结点交换机中的路由表广域网在给接入到网络的每一台计算机进行编址时，采用层次结构的编址方案。最简单的层次编址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分组交换机上的计算机。结点交换机的一个重要作用就是提供一个路由表，供转发分组时使用。路由表中没有源站地址。在专门研究广域网的路由问题时，可用图论中的图来表示整个广域网。用结点表示广域网上的结点交换机，用结点之间的连线表示广域网中的链路。在路由表中默认路由的目的站记为符号*。 5.2.2 路由选择的一般原理1、理想的路由算法：理想的路由算法应具备的条件：算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化。算法应具有稳定性。 算法应是公平的。算法应是最佳的。2、路由算法的分类根据路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应的进行调整变化来划分，分为：*非自适应路由选择策略*自适应路由选择策略（1）非自适应路由选择 固定路由算法 分散通信量法 洪泛法 随机走动法 （2）自适应路由选择 分布式路由选择策略 集中式路由选择策略 混合式路由选择策略 5.3 拥塞控制 5.3.1 拥塞控制的概念当（一部分）通信子网中有太多的分组时，其性能降低。这种情况叫做拥塞。造成拥塞有若干因素。如果突然之间，分组流同时从3个或4个输入线到达，并且要求输出到同一线路，就将建立起队列。如果没有足够的空间来保存这些分组，有些分组就会丢失。处理器速度慢也能导致拥塞。拥塞会导致恶性循环。如果路由器没有空余缓冲区，它必须丢掉新到来的分组。拥塞控制和流量控制既有联系又有差异。5.3.2 拥塞控制的基本原理解决方案被分为两类:一类是开环，一类是闭环。开环控制工具的功能包括决定何时接受新的通信，何时丢弃分组，以及丢弃哪些分组，还包括在网络的不同点作计划表。所有这些的共同之处在于，它们在做出决定时并不考虑当前网络的状况。闭环的解决方案是建立在反馈环路的概念之上的。当用于拥塞控制时，这种方法有3个部分：*监视系统，检测何时何地发生了拥塞；*将此信息传送到可能采取行动的地方；*调整系统操作以更正问题。 5.3.3 拥塞预防策略5.4 INTERNET 网际协议IP5.4.1 TCP/IP模型及协议栈 TCP/IP体系结构与协议栈之间的关系： 5.4.2 IP地址及其转换1、IP地址及其表示方法： IP地址是一个32bit的二进制数，采用点分十进制记法，例如：130.9.44.192。IP地址的结构可以两部分：网络号（net-id）和主机号（host-id）。对于常用的有A、B、C三类地址。网络号字段：A类、B类和C类地址的网络号字段分别为1，2和3字节长。主机号字段：A类、B类和C类地址的主机号字段分别为3，2和1字节长。 2、IP地址的转换在网络层使用IP地址，但真正标志主机地址的是机器的物理地址，又称为MAC地址。MAC地址是集成在网卡上的，所以又叫做硬件地址。MAC地址是一个6字节（48bit）二进制数，采用16进制表示法。例如：09 E0 AC 00 9B 0D。从IP地址到物理地址的转换是由地址解析协议ARP来完成。例：新加入网络的主机A,如何完成IP地址到MAC地址的映射查找。主机A新入网时，它的缓存是空的，此时主机A就自动运行ARP，按以下步骤找出主机B的物理地址。（1）ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组，上面有主机B的IP地址；（2）在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组；（3）主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送一个ARP响应分组，写入自已的物理地址；（4）主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写人主机B的IP地址到物理地址的映射。RARP的工作过程：为了使RARP能工作，在局域网上至少有一个主机要充当RARP服务器，无盘工作站先向局域网发出RARP请求分组（在格式上与ARP请求分组相似），并在此分组中给出自己的物理地址。RARP服务器有一个事先做好的从无盘工作站的物理地址到IP地址的映射表，当收到RARP请求分组后。RARP服务器就从这映射表查出该无盘工作站的IP地址。然后写入RARP响应分组，发回给无盘工作站。无盘工作站用此方法获得自己的IP地址。 5.4.3 IP地址的分配与管理1、IP地址的申请与管理 IP地址由Internet网络信息中心NIC（Network Information Center）来管理，NIC管理的是IP地址中的net-id字段，而host-id部分则由获得了地址的机构来管理。2、子网划分 子网的划分纯属本单位内部的事，在本单位以外是看不见这样划分的。子网划分是靠子网掩码 （subnet mask） 来实现的。例如：IP地址：130.10.4.1 子网掩码：255.255.252.0 3. 动态IP地址在IP地址资源较少，网络中的设备较多的情况下，无法给每一个设备分配一个固定的IP地址。此时可采用动态IP地址技术。动态IP地址技术是指：在网络上设置有动态IP地址分配服务器，将若干IP地址配置在服务器上。当某台主机登录到网络上的时候，动态IP地址分配服务器查看当前是否有剩余的IP地址，如果有便分配给该主机，此时该主机便将所获得的IP地址作为自己的IP地址去构成数据报进行通信。当该主机退出网络时，便释放掉此IP地址，动态IP地址分配服务器将其收回，以便分配给其他登录到网络上的设备。 5.4.4 IP数据报的格式与工作原理本章小结：在这一章主要讲解了以下主要内容：广域网提供的两种类型的服务； 路由选择机制，路由选择算法及拥塞控制原理； IP地址的分类，IP地址与MAC地址的转换与ARP协议； IP地址的申请、分配管理与子网划分，子网掩码的运用；IP数据报的格式与工作原理、ICMP的作用；IPv6的机理和工作模式。作业思考题 ： 1.网络协议的三个要素是什么？2.什么是TCP/IP?TCP/IP的作用是什么？3.TCP/IP分为几层？各层的作用是什么？4.简述IP地址的分类。5.什么是子网掩码？子网掩码的作用是什么？6.概述UDP协议的特点。7. TELNET协议的工作原理是什么？8.说明POP、SMTP协议的区别。9.Ping 的作用什么？10.概述Traceroute、Netstat、ipconfig命令作用。上课时间上课节次4课型多媒体教学课题第六章传输层教学目的通过本章学习，掌握有关传输层的一些概念和基础知识，传输协议（transport protocol）是整个网络体系结构中的关键之一。位于网络层与应用层之间，主要功能是负责应用程序之间的通信，主要有连接端口管理、流量控制、错误处理、数据重发等工作。教学方法以课堂讲授为主，对本章难点进行讨论重点与难点本章重点有:1、掌握有关端口和插口的概念，作用和使用方法2、掌握关于TCP协议的基础知识3、了解UDP协议的基础知识 本章难点有：1、端口的概念和原理2、TCP协议和报文段的内容课外作业与要求思考题 ： 1、请简单说明连接端口的功能？2、传输层的作用是什么？3、简述三次握手的过程。4、简述UDP协议的特点。5、简述TCP协议的特点。第6章 传输层本章学习目标 有关传输层的一些概念和基础知识，了解传输协议（transport protocol）是整个网络体系结构中的关键之一。位于网络层与应用层之间，主要功能是负责应用程序之间的通信，主要有连接端口管理、流量控制、错误处理、数据重发等工作。在本章的学习中要求重点掌握和理解以下内容：*掌握有关端口和插口的概念，作用和使用方法*掌握关于TCP协议的基础知识*了解UDP协议的基础知识 主要学习内容6.1 传输层提供的服务6.2 传输控制协议TCP6.3 用户数据协议UDP 6.1 传输层提供的服务 6.1.1 传输层概述 传输层位于网络体系结构的第四层，如果将其上的各层均作为应用层，则传输层直接与上层应用层进行数据通信，是整个网络体系结构的核心部分。需要注意的是在通信子网中没有传输层，它只存在于通信子网以外的各主机中，如果将整个网络体系结构从网络功能和用户功能角度来划分，传输层不包括在网络功能部分，而是属于用户功能层的最低层。传输层的位置如下图所示。传输层位置图6.1.2 提供给高层的服务传输层的最终目标是利用网络层提供的服务向其用户（一般是应用层的进程），提供有效、可靠且价格合理的服务。其主要任务是：在优化网络服务的基础上，从源端机到目的端机提供可靠的、价格合理的数据传输，使高层服务用户在相互通信时不必关心通信子网实现的细节，即与所使用的网络无关。所以在通信子网内的各个交换节点以及连接各通信子网的路由器中，都没有传输层。例：设两台计算机主机A和主机B要进行数据通信，如图6-2所示，在计算机A和计算机B上同时有两个应用程序在运行，每对应用程序需要通过两个互连的网络才能进行数据通信，如主机A上的应用程序AP1要和主机B上的应用程序AP3进行通信，数据传输的过程如图6-3所示：图6-2 多进程通信情况 图6-3 应用程序进行数据通信的过程两台主机间传送数据的过程：在物理层上可以透明地传输数据的比特流；在数据链路层上使得各条链路能传送无差错的数据帧（数据帧按顺序、无丢失、不重复）；在网络层上提供了路由选择和网络互连的功能，使得主机A发送的数据段能够按照合理的路由到达主机B。但是在这一过程中，到达主机B的数据并不一定是最可靠的，为了提高网络服务的质量，在传输层需要再次优化网络服务，并向高层用户屏蔽通信子网的细节，使高层用户看见的就好像在两个传输层实体之间有一条端到端的、可靠的、全双工的通信通路一样。 在整个通信的过程中，数据在传输层上，才是第一次实现真正意义的端到端的数据通信。要想实现传输层的功能，必须在主机中装有传输层协议，此协议一般都可支持多个进程的连接。如上述例子中，它同时支持了两对应用进程进行通信。在传输层中完成传输功能的硬件和软件被称为传输实体TSAP（Transport Service Access Point），通过传输实体，传输层可以向应用层提供传输服务，具体的过程如图6-4所示：图6-4 传输层与其上下层之间的关系 6.1.3 TCP/IP协议中的传输层在TCP/IP协议中有两个并列的协议：UDP和TCP。 UDP（User Datagram Protocol），用户数据报协议，是面向无连接的，即在进行数据传输之前不需要建立连接，而目的主机收到数据报后也不需要发回确认。这种协议提供了一种高效的传输服务。TCP（Transmission Control Protocol），传输控制协议，是面向连接的，即在进行数据传输之前需要先建立连接，而且目的主机收到数据报后要发回确认信息。这种协议提供了一种可靠的传输服务。与UDP相比提供了较多的功能，但是相对的报文格式和运行机制也较为复杂。6.1.4 端口TCP/IP传输层可以通过协议端口（protocol port，简称端口）来标识通信的应用进程。传输层就是通过端口与应用层的应用程序进行信息交互的，应用层各种用户进程通过相应的端口与传输层实体进行信息交互。端口实际上是一个16Bit长的地址，范围可以从0至65535。将0至1023端口号称为熟知端口（Well-Known Port），其余1024至65535端口号称为一般端口或（动态）连接端口（Registered/Dynamic），在数据传输过程中，应用层中的各种不同的服务器进程不断地检测分配给它们的端口，以便发现是否有某个应用进程要与它通信。各端口的意义 图6-6 通过SMTP进行通信的主机为了使得多主机多进程通信时，不至于发生上述的混乱情况，必须把端口号和主机的IP地址结合起来使用，称为插口或套接字（Scoket）。由于主机的IP地址是唯一的，这样目的主机就可以区分收到的数据报的源端机了。 插口包括IP地址（32位）和端口号（16位），共48位。如上图6-6所示：（124.33.13.55，200）和（126.45.21.51，25）就是一对插口，在整个Internet中，在传输层上进行通信的一对插口都必须是唯一的。在上述的例子中，使用的是